(57)【要約】【課題】外部熱源を含む熱媒体回路を伴う冷凍サイクルにおいて、圧縮機動力の低減を図り得る冷凍サイクル装置を提供すること。【解決手段】冷凍サイクル装置は、第１冷却器２３および第２冷却器２４を含む冷媒回路２と、第１冷却器２３を経由する冷媒バイパス回路３と、第２冷却器２４、蒸発器２５、外部熱源用熱交換器２６を含む熱媒体回路４と、冷媒回路２中の主膨張弁ＥＶ１および冷媒バイパス回路３中のバイパス膨張弁ＥＶ２、熱媒体回路４中のバイパス二方弁ＥＶ３を制御する制御装置１０ａとを備える。第２冷却器２４の熱媒体回路入口側における熱媒体温度Ｔｂ１が、第２冷却器２４の冷媒回路入口側における冷媒温度Ｔｒ１より低い場合、熱媒体回路の第２冷却器２４に流入する熱媒体の流量が多くなるようにバイパス二方弁ＥＶ３を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、第１冷却器、第２冷却器、主膨張手段、蒸発器が環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記第１冷却器と前記第２冷却器の間、または、前記放熱器と前記第１冷却器の間で前記冷媒回路から分岐し、前記第１冷却器を経由して前記蒸発器と前記圧縮機の間で前記冷媒回路に接続される冷媒バイパス回路と、熱媒体循環手段、前記第２冷却器、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、熱媒体が循環する熱媒体回路とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記熱媒体回路において、前記第２冷却器の入口側と出口側とを連通する熱媒体バイパス回路と、前記熱媒体バイパス回路または前記熱媒体回路における前記第２冷却器の入口側に配設され、前記第２冷却器に流入する熱媒体の流量を調整するバイパス流量調整手段と、前記第２冷却器の冷媒回路側入口における冷媒温度を検出する第１冷媒温度検出手段と、前記第２冷却器の熱媒体回路側入口における熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出手段と、制御装置とを備え、前記第２冷却器の熱媒体回路入口側における熱媒体温度が、前記第２冷却器の冷媒回路入口側における冷媒温度より低い場合、前記熱媒体回路の前記第２冷却器に流入する熱媒体の流量を多くするように、前記バイパス流量調整手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第２冷却器の冷媒回路側出口における冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出手段備え、記第２冷却器の熱媒体回路入口側における熱媒体温度が、前記第２冷却器の冷媒回路入口側における冷媒温度より低い場合、前記制御装置は、前記第２冷却器の熱媒体回路入口側における熱媒体温度と、前記第２冷却器の冷媒回路出口側における冷媒温度との温度差が小さくなるように、前記バイパス流量調整手段を動作させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱器により加熱された水または不凍液を、暖房と給湯の少なくとも一方に利用することを特徴とする温水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置およびこの冷凍サイクル装置を用いた温水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器を接続してなる冷凍サイクルと、放熱器に水又はブラインからなる流体を流通させ、放熱器にて冷媒より加熱された流体を室内熱交換器に循環させて室内の暖房を行う第１の流体回路と、蒸発器に外部熱交換器と熱交換する水又はブラインからなる流体を流通させて、蒸発器にて水又はブラインより吸熱される冷媒を循環させる第２の流体回路を備えた空気調和システムにおいて、暖房運転時、第１の流体回路を流れる放熱器より上流側の流体と、第２の流体回路を流れる蒸発器より上流側の流体を熱交換させる過冷却熱交換器を設けた冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この冷凍空調装置における作用について、図７に示す冷媒回路図を用いて暖房運転を例に説明する。
【０００４】
冷凍サイクル２において暖房運転では四方弁２３は図１実線の方向に流れるように流路設定される。そして圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁２３を経て中間熱交換器２４にて第１の流体回路３の水（ブライン）と熱交換して、水（ブライン）を加熱すると共に、冷媒自身は凝縮液化された後、膨張装置２５で減圧され低圧の二相冷媒となり、その後、水熱源利用熱交換器２６に流入する。
【０００５】
そして蒸発器となる水熱源利用熱交換器２６にて、冷媒は第２の流体回路の水（ブライン）と熱交換して、水（ブライン）から吸熱して蒸発気化すると共に、水（ブライン）は冷却されて、地中熱交換器４３へと戻る。その後、冷媒は四方弁２３を通じたのち、圧縮機２１に吸入される。
【０００６】
この際、第１の流体回路３において中間熱交換器２４にて加熱された水（ブライン）は、室内熱交換器３２にて放熱、暖房を行った後、第１のポンプ３３に戻り、過冷却熱交換器３５にて第２の流体回路４の低温の水（ブライン）に冷却された後、中間熱交換器２４に流入する。
【０００７】
冷凍サイクル２を流れる冷媒は、中間熱交換器２４にて例えば４５℃に温度低下した第１の流体回路３の流体と熱交換することにより過冷却される。この過冷却によりエンタルピー差が増加し、システムの性能が向上する。
【０００８】
また、第２の流体回路４を流れる流体は、過冷却熱交換器３５で第１の流体回路３の流体と熱交換することにより１６℃から２１℃に加熱されており、水熱源利用熱交換器２６を流れる冷媒は、第２の流体回路４の２１℃の流体と熱交換して加熱され、蒸発温度が上昇し、システムの性能が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２１６７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、利用側回路である第１の流体回路において室内熱交換器からの中温の戻り水（ブライン）と、採熱側回路である第２の流体回路における低温の戻り水（ブライン）とを過冷却熱交換器を介した熱交換により、冷凍サイクルの中間熱交換器出口における過冷却度の増大化を図れるが、利用側である第１の流体回路において中間熱交換器の入口温度が低下した分は冷凍サイクルによる加熱量を増大させて補填する必要が生じるため、システム全体としては熱エネルギーの有効利用、すなわち省エネルギーにはならない。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒回路内の低温冷媒および外部熱源の低温熱媒体による冷媒冷却能力を増大させることにより、圧縮機動力の低減を実現する冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、第１冷却器、第２冷却器、主膨張手段、蒸発器が環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記第１冷却器と前記第２冷却器の間、または、前記放熱器と前記第１冷却器の間で前記冷媒回路から分岐し、前記第１冷却器を経由して前記蒸発器と前記圧縮機の間で前記冷媒回路に接続される冷媒バイパス回路と、熱媒体循環手段、前記第２冷却器、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、熱媒体が循環する熱媒体回路とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
これによって、冷媒回路側において、放熱器、第１冷却器での低温冷媒による冷却に加えて、第２冷却器での外部熱源による冷却が行われるため、高圧側熱交換量が増大し、かつ冷媒過冷却度が増大する。更に、外部熱源用熱交換器にて採熱した熱媒体が第２冷却器において高圧高温の液冷媒と熱交換することにより、熱媒体は加熱され、蒸発器に流入する熱媒体温度が上昇する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷媒回路内の低温冷媒および外部熱源の低温熱媒体による冷媒冷却能力を増大させることにより、圧縮機動力の低減を実現する冷凍サイクル装置およびそれを備えた温水生成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における温水生成装置の概略構成図
【図２】同冷媒および熱媒体の流量制御のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における温水生成装置の概略構成図
【図４】同冷媒および熱媒体の流量制御のフローチャート
【図５】同主膨張弁制御のフローチャート
【図６】同バイパス膨張弁制御のフローチャート
【図７】従来の冷凍空調装置の冷媒回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、圧縮機、放熱器、第１冷却器、第２冷却器、主膨張手段、蒸発器が環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記第１冷却器と前記第２冷却器の間、または、前記放熱器と前記第１冷却器の間で前記冷媒回路から分岐し、前記第１冷却器を経由して前記蒸発器と前記圧縮機の間で前記冷媒回路に接続される冷媒バイパス回路と、熱媒体循環手段、前記第２冷却器、前記蒸発器、外部熱源用熱交換器が環状に接続され、熱媒体が循環する熱媒体回路とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１７】
これにより、冷媒回路側において、放熱器、第１冷却器での低温冷媒による冷却に加え
て、第２冷却器での外部熱源による冷却が行われるため、高圧側熱交換量が増大し、かつ冷媒過冷却度が増大する。更に、外部熱源用熱交換器にて採熱した熱媒体が第２冷却器において高圧高温の液冷媒と熱交換することにより、熱媒体は加熱され、蒸発器に流入する熱媒体温度が上昇する。
【００１８】
その結果、冷媒回路における高圧側熱交換量の増大により、高圧側冷媒圧力が低下し、低圧側冷媒圧力が一定の場合、圧縮比が低下して圧縮機動力の低減が図れる。また、第２冷却器にて加熱された熱媒体が蒸発器に流入するため、低圧低温の冷媒と熱媒体との熱交換量の増大化が図れ、あるいは、同等熱交換量条件では熱媒体と冷媒の温度差はほぼ一定のため、熱媒体の温度が上昇した分だけ蒸発器における蒸発圧力が上昇し、圧縮機吸入冷媒密度増大に伴い、冷媒流量一定条件では圧縮機回転数を低減、すなわち圧縮機動力の低減が図れる。
【００１９】
第２の発明は、特に、第１の発明の冷凍サイクル装置において、前記熱媒体回路において、前記第２冷却器の入口側と出口側とを連通する熱媒体バイパス回路と、前記熱媒体バイパス回路または前記熱媒体回路における前記第２冷却器の入口側に配設され、前記第２冷却器に流入する熱媒体の流量を調整するバイパス流量調整手段と、前記第２冷却器の冷媒回路側入口における冷媒温度を検出する第１冷媒温度検出手段と、前記第２冷却器の熱媒体回路側入口における熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出手段と、制御装置とを備え、前記第２冷却器の熱媒体回路入口側における熱媒体温度が、前記第２冷却器の冷媒回路入口側における冷媒温度より低い場合、前記熱媒体回路の前記第２冷却器に流入する熱媒体の流量を多くするように、前記バイパス流量調整手段を動作させることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、熱媒体温度が冷媒温度より低い場合、第２冷却器を介して熱媒体が冷媒を冷却することで第２冷却器の出口側における冷媒エンタルピーが低下し、高圧側における圧縮機の吐出〜第２冷却器の出口間の冷媒エンタルピー差が増大する。
【００２１】
その結果、運転条件次第により、第２冷却器の入口側における熱媒体温度と第２冷却器の入口側における冷媒温度との大小関係はさまざまとなるが、高圧側における冷媒エンタルピー差増大効果があるように、選択的に熱媒体側エネルギーを有効活用をすることができる。
【００２２】
第３の発明は、特に、第２の発明の冷凍サイクル装置において、前記第２冷却器の冷媒回路側出口における冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出手段備え、前記第２冷却器の熱媒体回路入口側における熱媒体温度が、前記第２冷却器の冷媒回路入口側における冷媒温度より低い場合、前記制御装置は、前記第２冷却器の熱媒体回路入口側における熱媒体温度と、前記第２冷却器の冷媒回路出口側における冷媒温度との温度差が小さくなるように、前記バイパス流量調整手段前記バイパス流量調整手段を動作させることを特徴とするものである。
【００２３】
これにより、冷媒回路側の主膨張弁手段、及びバイパス膨張手段の開度制御により、第２冷却器出口側における冷媒温度が限界（略熱媒体温度）まで低下する。
【００２４】
その結果、請求項１の効果に加えて、冷媒回路側の第２冷却器において、外部熱源を最大限有効利用した冷媒の過冷却を行うことができ、蒸発器入口側における冷媒エンタルピーを小さくでき、蒸発器での冷媒エンタルピー差増大、即ち蒸発性能向上が図れる。
【００２５】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれかの発明の放熱器により加熱された水または不凍液熱を、暖房と給湯の少なくとも一方に利用することを特徴とする温水生成装置であ
る。
【００２６】
これにより、放熱器により加熱された水または不凍液を、暖房機器（温風機、ラジエータ、床暖房パネル等）や給湯機器などに使用することができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置を備えた温水生成装置１ａを示す。この温水生成装置１ａは、冷媒を循環させる冷媒回路２と、冷媒バイパス回路３と、熱媒体回路４と、制御装置１０ａとを備えている。冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＲ７４４やＲ２９０等の単一冷媒等を用いることができる。
【００２９】
本実施の形態において、冷媒回路２は、圧縮機２１、放熱器２２、第１冷却器２３、第２冷却器２４、主膨張弁（主膨張手段）ＥＶ１および蒸発器２５が配管により環状に接続されて構成されている。
【００３０】
それらのうち、凝縮器として機能する放熱器２２、第２冷却器２４、および蒸発器２５は冷媒対熱媒体熱交換器であり、冷媒が流動する冷媒流路、および水や不凍液等の熱媒体が流動する熱媒体流路により構成され、第１冷却器２３は冷媒対冷媒熱交換器であり、冷媒が流動する冷媒流路と、もう一方の冷媒が流動する冷媒流路により構成されている。
【００３１】
放熱器２２の熱媒体流路には供給管４１と回収管４２が接続されており、水循環手段８１により、供給管４１を通じて放熱器２２に水や不凍液等が供給され、放熱器２２で冷媒と熱交換し、加熱された水（温水）や不凍液等が回収管４２を通じて回収されるようになっている。
【００３２】
また、冷媒回路２には、冷媒の流動方向を切り換えるための四方弁２８が設けられ、圧縮機２１の吐出側に冷媒圧力Ｐｄを検出する高圧圧力センサ５１と、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口側における冷媒温度Ｔｒ１を検出する第１冷媒温度センサ６１と、蒸発器の１次側熱交換部２５ａの入口側における冷媒温度Ｔｅ１を検出する第２冷媒温度センサ６２と、同出口側における冷媒温度Ｔｅｏを検出する第３冷媒温度センサ６３とを備えている。
【００３３】
冷媒バイパス回路３は、第１冷却器２３と第２冷却器２４との間で冷媒回路２から分岐し、第１冷却器の２次側熱交換部２３ｂを経由して四方弁２８と圧縮機２１との間で冷媒回路２に合流している。
【００３４】
また、冷媒バイパス回路３において、第１冷却器の２次側熱交換部２３ｂよりも上流側に、バイパス流量調整手段であるバイパス膨張弁（バイパス膨張手段）ＥＶ２が設けられ、第１冷却器の２次側熱交換部２３ｂよりも下流側に、冷媒バイパス回路出口の冷媒温度Ｔｂｐｏを検出する第４冷媒温度センサ６４を備えている。
【００３５】
熱媒体回路４は、熱媒体循環手段８２、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂ、蒸発器の２次側熱交換部２５ｂ、外部熱源用熱交換器２６が環状に接続され、熱媒体循環手段８２によって、冷媒、水、不凍液等の熱媒体が循環するようになっている。
【００３６】
また、熱媒体回路４における第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口側、および出口
側を、バイパス二方弁（バイパス流量調整手段）ＥＶ３を介して短絡させる熱媒体バイパス回路５と、熱媒体回路４における第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口側の熱媒体温度Ｔｂ１を検出する熱媒体温度センサ７１を備えている。
【００３７】
制御装置１０ａは、高圧圧力センサ５１、および各温度センサ６１、６２、６３、６４および７１で検出される検出値等に基づいて、主膨張弁ＥＶ１、バイパス膨張弁ＥＶ２、およびバイパス二方弁ＥＶ３を通過する冷媒量を最小〜最大の範囲内で開度を制御する。
【００３８】
以上のように構成された温水生成装置の運転動作、作用について説明する。
【００３９】
まず、冬季加熱運転、すなわち温水生成運転については、熱媒体回路４にて外部熱源より吸熱した熱量を利用して、冷媒回路２にて加熱運転を行い、利用側へ温水を供給する動作を行う。
【００４０】
すなわち、熱媒体回路４における外部熱源用熱交換器２６にて外部から吸熱した熱媒体から蒸発器２５を介して吸熱した冷媒を吸入して、圧縮機２１にて圧縮された高温高圧冷媒が四方弁２８を介して放熱器２２に送られる。
【００４１】
放熱器２２にて高温冷媒と回収管４１により回収された水とが熱交換することにより温水が生成され、例えばラジエータ等の熱交換ユニット（図示せず）に、直接的または貯湯タンク（図示せず）を介して送られ、暖房や給湯に使用される。図１に加熱運転時の冷媒、熱媒体および水の流れ方向を矢印で示す。
【００４２】
冷媒回路２において、圧縮機２１から吐出された高圧ガス冷媒は、放熱器２２に流入し、供給管４２を通じて放熱器２２に供給された水を加熱し、冷媒自身は放熱して液化凝縮し、飽和液状態または過冷却液状態となる。放熱器２２から流出した高圧液冷媒は、第１冷却器２３の出口側にて第１冷却器の２次側熱交換部２３ｂと第２冷却器の１次側熱交換部２４ａ側とに分岐される。
【００４３】
そこで、第１冷却器２３出口にて２次側熱交換部２３ｂ側に分岐した冷媒は、バイパス膨張弁ＥＶ２で減圧されて低温低圧冷媒となり、第１冷却器の２次側熱交換部２３ｂにおいて、第１冷却器の１次側熱交換部２３ａを流動する飽和液状態または過冷却液状態の冷媒を冷却し、冷媒自身は加熱されて飽和ガスまたは過熱ガス状態となる。この第１冷却器の２次側熱交換部２３ｂから流出した低圧冷媒は、蒸発器２５から流出した低圧冷媒と合流し、圧縮機２１に吸入される。
【００４４】
一方、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１が、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１より低い場合、熱媒体バイパス回路５に備えられたバイパス二方弁ＥＶ３を閉とすることにより、熱媒体回路において、外部熱源用熱交換器２６より吸熱した熱媒体のほぼ全量が、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂ側へ流入する。
【００４５】
第２冷却器２４では比較的低温の熱媒体が比較的高温の冷媒を冷却し、熱媒体自身は吸熱して温度上昇した後、蒸発器の２次側熱交換部２５ｂ側へ流入して、蒸発器の１次側熱交換部２５ａに流入した低圧低温の二相冷媒と熱交換することにより、冷媒は熱媒体から吸熱して蒸発して飽和ガスまたは過熱ガス状態となる一方、熱媒体は冷媒により冷却されて外部熱源用熱交換器２６へ戻る。
【００４６】
逆に、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１が、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１以上の場合、熱媒体バイパス回路５に備えられ
たバイパス二方弁ＥＶ３を開とすることにより、熱媒体回路において、外部熱源用熱交換器２６より吸熱した熱媒体のほぼ全量が蒸発器の２次側熱交換部２５ｂ側へ流入して、上記と同様に、蒸発器の１次側熱交換部２５ａに流入した低圧低温の二相冷媒と熱交換することにより、冷媒は熱媒体から吸熱して蒸発して飽和ガスまたは過熱ガス状態となる一方、熱媒体は冷媒により冷却されて外部熱源用熱交換器２６へ戻る。
【００４７】
つぎに、本発明の冷凍サイクル制御について、図２に示す冷媒、および熱媒体の流量制御に関するフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
【００４８】
制御装置１０ａは、ステップＳ１にて第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１、および第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１を検出し、ステップＳ２にて入口冷媒温度Ｔｒ１と入口熱媒体温度Ｔｂ１との大小関係の比較を行い、Ｔｒ１≧Ｔｂ１ならば、第２冷却器２４による冷媒冷却効果があると判断して、ステップＳ３にてバイパス二方弁ＥＶ３を閉として熱媒体の流量のほぼ全量を第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂ側に流入させた後、ステップＳ５の主膨張弁制御に移行する。
【００４９】
一方、逆にＴｒ１＜Ｔｂ１ならば、第２冷却器２４による冷媒冷却効果がないと判断して、ステップＳ４にてバイパス二方弁ＥＶ３を開として熱媒体の流量のほぼ全量を蒸発器の２次側熱交換部２５ｂ側に流入させた後、ステップＳ５の主膨張弁制御に移行し、ステップＳ６にてバイパス膨張弁制御へ移行した後、ステップＳ１へ戻るという制御を繰り返す。
【００５０】
上記制御により、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１が、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１より低い場合、第２冷却器２４を介して熱媒体回路４の熱媒体が冷媒回路２の冷媒を冷却して冷媒過冷却度を増大させることにより、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの出口側における冷媒エンタルピーが低下し、高圧側における圧縮機の吐出〜第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの出口間の冷媒エンタルピー差が増大する。
【００５１】
一方、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１が、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１以上の場合は、第２冷却器２４を介して熱媒体が冷媒を加熱することがないため、高圧側における冷媒の過冷却度が低下することがなく、すなわち高圧側における圧縮機の吐出〜第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの出口間の冷媒エンタルピー差が低下することがない。
【００５２】
その結果、運転条件次第により、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂ入口側における熱媒体温度Ｔｂ１と第２冷却器の１次側熱交換部２４ａ入口側における冷媒温度Ｔｒ１との大小関係はさまざまとなるが、高圧側における冷媒エンタルピー差が増大する効果がある場合のみ、選択的に熱媒体側エネルギーの有効活用が可能になる。
【００５３】
なお、図１では、バイパス二方弁ＥＶ３が熱媒体バイパス回路５中に設置されているが、第２冷却器の２次側熱交換部２５ａの入口側に設置してもよい。
【００５４】
（実施の形態２）
図３に、本発明の第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置を備えた温水生成装置１ｂを示す。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５５】
本実施の形態でも、第１の実施の形態と基本構成は同様であるが、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの出口側における冷媒温度Ｔｒ２を検出する第５冷媒温度センサ６５と、
第１の実施の形態の熱媒体バイパス回路５に設けられていたバイパス二方弁ＥＶ３に替わって設けられたバイパス流量弁ＥＶ４と、それらの検出、制御に伴う制御装置１０ｂが異なる。
【００５６】
以上のように構成された温水生成装置の運転動作、作用について、第１の実施の形態と異なる点について説明する。
【００５７】
熱媒体回路４における第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１が、冷媒回路２における第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１より低い場合、前記熱媒体温度Ｔｂ１に対する、１次側熱交換部２４ａの出口冷媒温度Ｔｒ２の温度差（Ｔｒ２−Ｔｂ１）が最小になるように、バイパス流量弁ＥＶ４、バイパス膨張弁ＥＶ２、及び主膨張弁ＥＶ１を所定開度に制御する。
【００５８】
つぎに、本発明の冷凍サイクル制御について、図４〜６に示すフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。図４は冷媒、および熱媒体の流量制御、図５は主膨張弁ＥＶ１の制御、図６はバイパス膨張弁ＥＶ２の制御に関するフローチャートを示す。
【００５９】
まず、本発明に関連する冷媒、および熱媒体の冷媒流量制御全体について、図４に示すフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
【００６０】
制御装置１０ｂは、ステップＳ３１にて第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１、同じく出口冷媒温度Ｔｒ２、および第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１を検出し、ステップＳ３２にて入口冷媒温度Ｔｒ１と入口熱媒体温度Ｔｂ１との大小関係の比較を行い、Ｔｒ１≧Ｔｂ１ならば、第２冷却器２４による冷媒冷却効果があると判断して、ステップＳ３３に移行する。
【００６１】
ステップＳ３３では、出口冷媒温度Ｔｒ２と入口熱媒体温度Ｔｂ１との温度差（Ｔｒ２−Ｔｂ１）が所定値ｄＴｏとの大小関係の比較を行い、Ｔｒ２−Ｔｂ１≦ｄＴｏならば、熱媒体温度Ｔｂ１に対する、１次側熱交換部２４ａの出口冷媒温度Ｔｒ２の温度差（Ｔｒ２−Ｔｂ１）が最小であると判断して、ステップＳ５の主膨張弁制御に移行する。
【００６２】
一方、逆にＴｒ２−Ｔｂ１＞ｄＴｏならば、第２冷却器２４による冷媒冷却効果増大の余地があると判断して、ステップＳ３４にてバイパス流量弁ＥＶ４の開度ＰＬＳ４を所定開度ｄＰ１だけ開として、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂ側に流入する熱媒体の流量を増加させた後、ステップＳ５の主膨張弁制御に移行し、ステップＳ６にてバイパス膨張弁制御へ移行した後、ステップＳ１へ戻るという制御を繰り返す。
【００６３】
また、ステップＳ３２にて入口冷媒温度Ｔｒ１と入口熱媒体温度Ｔｂ１との大小関係の比較を行い、Ｔｒ１＜Ｔｂ１ならば、第２冷却器２４による冷媒冷却効果がないと判断して、ステップＳ３７にてバイパス流量弁ＥＶ４の開度ＰＬＳ４を全閉または最小開度に設定してステップＳ５の主膨張弁制御に移行する。
【００６４】
次に、本発明に関連する主膨張弁ＥＶ１による冷媒流量制御について、図５に示すフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
【００６５】
まず、ステップＳ１１にて圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄ、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１、蒸発器の１次側熱交換部２５ａの入口冷媒温度Ｔｅｉ、および出口冷媒温度Ｔｅｏの検出を行う。
【００６６】
また、ステップＳ１２にて冷媒としてＲ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒やＲ２９０等の
単一冷媒では、圧縮機２１の吐出圧力Ｐｄの検出値と冷媒物性特性より得られる飽和温度より、放熱器の１次側熱交換部２３ａにおける凝縮温度Ｔｃを演算することができる。
【００６７】
そして、ステップＳ１３にて、第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口側における冷媒過冷却度ＳＣをＴｃ−Ｔｒ１より算出し、ステップＳ１４にて蒸発器の１次側熱交換部２５ａの入口側、および出口側における冷媒温度ＴｅｉおよびＴｅｏを検出し、冷媒温度Ｔｅｉがほぼ飽和温度に等しいとして、蒸発器の１次側熱交換部２５ａの出口側における冷媒過熱度ＳＨｅをＴｅｏ−Ｔｅより算出し、ステップＳ１５にて蒸発器の１次側熱交換部２５ａの出口側における目標冷媒過熱度ＳＨｅｏを設定する。
【００６８】
そして、ステップＳ１４にて演算した蒸発器の１次側熱交換部２５ａの出口における冷媒過熱度ＳＨｅと、ステップＳ１５にて設定した冷媒過熱度の目標値ＳＨｏに所定値ｄＴを加えた（ＳＨｏ＋ｄＴ）との大小関係の比較を行い、ＳＨｅ≧ＳＨｏ＋ｄＴの関係を満足する場合は、ステップＳ１７に移行して主膨張弁ＥＶ１の開度ＰＬＳ１を第１所定パルスｄＰ１だけ開く動作を行った後、ステップＳ２０に移行してステップＳ１に戻る。
【００６９】
一方、ＳＨｅ＜ＳＨｏ＋ｄＴの場合は、ステップＳ１６にて蒸発器の１次側熱交換部２５ａの出口における冷媒過熱度ＳＨｅと、冷媒過熱度の目標値ＳＨｏから所定値ｄＴを減じた（ＳＨｏ−ｄＴ）との大小関係の比較を行い、ＳＨ＜ＳＨｏ−ｄＴの関係を満足する場合は、ステップＳ１９に移行して、主膨張弁ＥＶ１の開度ＰＬＳ１を第１所定パルスｄＰ１だけ閉じる動作を行なう。
【００７０】
また、ステップＳ１６にて、ＳＨ＜ＳＨｏ−ｄＴの関係を満足しない場合は、制御不要と判断し、ステップＳ２０に移行してステップＳ１に戻るという制御を繰り返す。
【００７１】
さらに、本発明に関連するバイパス膨張弁ＥＶ２による冷媒流量制御について、図６に示すフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
【００７２】
制御装置１０ａは、バイパス膨張弁ＥＶ２の開度制御により冷媒バイパス回路３を流れる冷媒流量の制御を行なう。まず、ステップＳ２１にて冷媒バイパス回路３の出口冷媒温度Ｔｂｐｏ、および蒸発器の１次側熱交換部２５ａの入口冷媒温度Ｔｅｉの検出を行う。
【００７３】
また、ステップＳ２２にて前記冷媒温度Ｔｅｉがほぼ飽和温度に等しいとして、冷媒バイパス回路３の出口側における冷媒過熱度ＳＨｂを、Ｔｂｐｏ−Ｔｅｉより演算し、ステップＳ２３にて冷媒バイパス回路３の出口側における目標冷媒過熱度ＳＨｂｏを設定する。
【００７４】
そして、ステップＳ２４にて冷媒過熱度ＳＨｂと、目標冷媒過熱度ＳＨｂｏに所定値ｄＳＨを加えた（ＳＨｂｏ＋ｄＳＨ）との大小関係の比較を行い、ＳＨｂ≧ＳＨｂｏ＋ｄＳＨならば、ステップＳ２５にてバイパス膨張弁ＥＶ２の開度ＰＬＳ２を所定開度ｄＰ２だけ開いた後、ステップＳ２８に移行してステップＳ１に戻る。
【００７５】
一方、ＳＨｂ＜ＳＨｂｏ＋ｄＳＨの場合は、ステップＳ２６にて冷媒過熱度ＳＨｂと、目標冷媒過熱度ＳＨｂｏから所定値ｄＳＨを減じた（ＳＨｂｏ−ｄＳＨ）との大小関係の比較を行い、ＳＨｂ＜ＳＨｂｏ−ｄＳＨの場合は、ステップＳ２７にてバイパス膨張弁ＥＶ２を開とした後、ステップＳ２８に移行してステップＳ１に戻る。
【００７６】
また、ステップＳ２６にて、ＳＨｂ＜ＳＨｂｏ−ｄＳＨの関係を満足しない場合は、制御不要と判断し、ステップＳ２８に移行してステップＳ１に戻るという制御を繰り返す。
【００７７】
以上のように制御装置１０ａによる主膨張弁ＥＶ１、バイパス膨張弁ＥＶ２、およびバイパス二方弁ＥＶ３による冷媒、および熱媒体の流量制御は、ステップＳ１〜ステップＳ２８の動作を繰り返す。
【００７８】
上記制御により、第２冷却器の２次側熱交換部２４ｂの入口熱媒体温度Ｔｂ１が、冷媒回路２における第２冷却器の１次側熱交換部２４ａの入口冷媒温度Ｔｒ１より低い場合、前記熱媒体温度Ｔｂ１に対する、１次側熱交換部２４ａの出口冷媒温度Ｔｒ２の温度差（Ｔｒ２−Ｔｂ１）が最小になるように、バイパス流量弁ＥＶ４、バイパス膨張弁ＥＶ２、及び主膨張弁ＥＶ１を所定開度に制御できる。
【００７９】
これにより、冷媒回路２側の主膨張弁ＥＶ１、及びバイパス膨張弁ＥＶ２の開度制御により、第１冷却器２３、および蒸発器２５の性能を最大限に引き出し、かつ、第２冷却器出口側における冷媒温度を、低温熱源である第２冷却器の２次側熱交換部２４ａの入口熱媒体温度付近まで、すなわちほぼ限界まで低下させることができる。
【００８０】
その結果、第１の実施の形態の場合の効果に加えて、冷媒回路２側の第２冷却器２４において、外部熱源を最大限有効利用した冷媒の過冷却を行うことができ、蒸発器２５の１次側熱交換部２５ａの入口側における冷媒エンタルピーをさらに低下させることができ、蒸発器２５での冷媒エンタルピー差増大、即ち蒸発性能向上が図れる。
【００８１】
なお、図３では、バイパス流量弁ＥＶ４が熱媒体バイパス回路５中に設置されているが、第２冷却器の２次側熱交換部２５ａの入口側に設置してもよい。
【００８２】
また、図３では、冷媒回路２から冷媒バイパス回路３への分岐点は、第１冷却器２３と第２冷却器２４との間に位置するものとしているが、放熱器２２と第１冷却器２３との間に位置するものでもよい。
【００８３】
そして、図３では、高圧圧力センサ５１が圧縮機２１と四方弁２８との接続配管中に設けられているが、高圧圧力センサ５１は、圧縮機２１の吐出側と主膨張弁ＥＶ１の間のどの位置に設けられていてもよい。
【００８４】
さらに、本発明の主膨張弁ＥＶ１およびバイパス膨張弁ＥＶ２は、必ずしも膨張弁である必要はなく、膨張する冷媒から動力を回収する膨張機であってもよい。この場合、例えば、膨張機と連結された発電機によって負荷を変化させることにより、膨張機の回転数を制御すればよい。
【００８５】
また、放熱器２２で加熱される被加熱流体は、必ずしも水である必要はなく、空気であってもよい。すなわち、本発明は空調装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、冷凍サイクル装置によって水を加熱し、その水を暖房・給湯に利用する温水生成装置に特に有用である。
【符号の説明】
【００８７】
１ａ、１ｂ  温水生成装置
２  冷媒回路
３  冷媒バイパス回路
４  熱媒体回路
５  熱媒体バイパス回路
１０ａ、１０ｂ  制御装置
２１  圧縮機
２２  放熱器
２３  第１冷却器
２４  第２冷却器
２５  蒸発器
２６  外部熱源用熱交換器
５１  高圧圧力センサ
６１  第１冷媒温度センサ
６２  第２冷媒温度センサ
６３  第３冷媒温度センサ
６４  第４冷媒温度センサ
６５  第５冷媒温度センサ
７１  熱媒体温度センサ
８１  水循環手段
８２  熱媒体循環手段
ＥＶ１  主膨張弁（主膨張手段）
ＥＶ２  バイパス膨張弁（バイパス膨張手段）
ＥＶ３  バイパス二方弁（バイパス流量調整手段）
ＥＶ４  バイパス流量弁（バイパス流量調整手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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